Při lovu potenciálně obývatelných exoplanet je jednou z nejdůležitějších věcí, které astronomové hledají, zda exoplanetové kandidáty obíhají v obývatelné zóně své hvězdy. To je nezbytné pro existenci tekuté vody na povrchu planety, což je zase předpokladem života, jak jej známe. V průběhu objevování nových exoplanet si však vědci uvědomili extrémní případ známý jako „vodní světy“.
Vodní světy jsou v podstatě planety, které mají až 50% vody, což vede k povrchovým oceánům, které by mohly být hluboké stovky kilometrů. Podle nové studie týmu astrofyziků z Princetonu, University of Michigan a Harvard, nemusí být vodní světy na jejich vodě příliš dlouho zavěšeny. Tato zjištění by mohla mít nesmírný význam, pokud jde o hon na obyvatelné planety v našem krku vesmíru.
Tato nejnovější studie s názvem „Dehydratace vodních světů prostřednictvím ztrát v atmosféře“ se nedávno objevila v The Astrophysical Journal Letters. Tým vedl Chuanfei Dong z Oddělení astrofyzikálních věd na Princetonské univerzitě a provedl počítačové simulace, které zohledňovaly, za jakých podmínek by vodní světy podléhaly.
Tato studie byla motivována převážně počtem objevů exoplanet, které byly v posledních letech provedeny kolem hvězdných systémů s nízkou hmotností, typu M (červený trpaslík). Bylo zjištěno, že tyto planety mají srovnatelnou velikost se Zemí - což naznačuje, že byly pravděpodobně pozemské (tj. Skalnaté). Navíc bylo zjištěno, že mnoho z těchto planet - jako je Proxima ba tři planety v systému TRAPPIST-1 - obíhají v zónách obývajících hvězdy.
Následující studie však naznačily, že Proxima b a další skalnaté planety obíhající kolem červených trpaslíků by ve skutečnosti mohly být vodní světy. Toto bylo založeno na odhadech hmoty získaných astronomickými průzkumy a vestavěnými předpoklady, že takové planety byly v přírodě skalnaté a neměly masivní atmosféru. Současně bylo vypracováno mnoho studií, které zpochybňují, zda by tyto planety mohly nebo nemohly zadržet svou vodu.
V zásadě jde o typ hvězdy a orbitální parametry planet. Zatímco trpělivé červené trpasličí hvězdy jsou známé jako proměnlivé a nestabilní ve srovnání s naším Sluncem, vede to k periodickým světlům, které by časem zbavily atmosféru planety. Navíc by planety obíhající uvnitř obývatelné zóny červeného trpaslíka byly pravděpodobně přílivově uzamčeny, což znamená, že jedna strana planety bude neustále vystavena radiačnímu záření.
Z tohoto důvodu se vědci zaměřují na to, jak dobře si mohou exoplanety v různých typech hvězdných systémů udržet svou atmosféru. Jak Dr. Dong řekl časopisu Space Magazine e-mailem:
"Je spravedlivé říci, že přítomnost atmosféry je vnímána jako jeden z požadavků na obyvatelnost planety." Přesto je koncept obývatelnosti komplexní a zahrnuje mnoho nesčetných faktorů. Atmosféra sama o sobě proto nebude stačit k zaručení obyvatelnosti, ale může být považována za důležitou složku pro obyvatelstvo planety. “
Aby bylo možné otestovat, zda je vodní svět schopen udržet svou atmosféru, provedl tým počítačové simulace, které zohlednily celou řadu možných scénářů. Patřily k nim účinky hvězdných magnetických polí, ejekcí koronální hmoty a atmosférické ionizace a ejekce pro různé typy hvězd - včetně hvězd typu G (jako je naše Slunce) a hvězd typu M (jako Proxima Centauri a TRAPPIST-1).
Díky těmto účinkům odvodil Dr. Dong a jeho kolegové ucelený model, který simuloval, jak dlouho vydrží atmosféra exoplanet. Jak to vysvětlil:
„Vyvinuli jsme nový více tekutinový magnetohydrodynamický model. Model simuloval ionosféru i magnetosféru jako celek. Kvůli existenci dipólového magnetického pole, hvězdný vítr nemůže smést atmosféru přímo (jako Mars kvůli absenci globálního dipólového magnetického pole), místo toho, atmosférická iontová ztráta byla způsobena polárním větrem.
"Elektrony jsou méně masivní než jejich mateřské ionty, a proto se snadněji zrychlují až k únikové rychlosti planety a za ní." Toto oddělení náboje mezi unikajícími elektrony s nízkou hmotností a výrazně těžšími, pozitivně nabitými ionty vytváří polarizační elektrické pole. Toto elektrické pole zase zasahuje pozitivně nabité ionty za unikající elektrony z atmosféry v polárních čepičkách. “
Zjistili, že jejich počítačové simulace byly v souladu se současným systémem Země-Slunce. V některých extrémních možnostech, jako jsou například exoplanety kolem hvězd typu M, je situace velmi odlišná a míra úniku by mohla být tisíckrát větší nebo více. Výsledek znamená, že i vodní svět, pokud obíhá kolem červeného trpaslíka, by mohl ztratit atmosféru přibližně po gigayear (Gyr), po jedné miliardě let.
Vzhledem k tomu, že život víme, že se vývoj trval asi 4,5 miliardy let, je jedna miliarda let relativně krátkým oknem. Ve skutečnosti, jak vysvětlil Dr. Dong, tyto výsledky naznačují, že planety, které by obíhaly kolem hvězd M typu, by se těžce vyvíjely do života:
"Naše výsledky ukazují, že oceánské planety (obíhající kolem Slunce podobné hvězdy) si budou udržovat své atmosféry mnohem déle, než je Gyrův časový rámec, protože rychlosti úniku iontů jsou příliš nízké, a proto umožňuje delší dobu života na těchto planetách. a vyvíjet se z hlediska složitosti. Naproti tomu pro exoplanety obíhající na M-trpaslících by mohly mít vyčerpané oceány v Gyrově časovém horizontu kvůli intenzivnějším prostředím částic a záření, které exoplanety zažívají v blízkých obývatelných zónách. Pokud by atmosféra měla být vyčerpána v časovém horizontu méně než Gyr, mohlo by to být problematické pro původ života (abiogeneze) na planetě. “
Tyto výsledky opět zpochybňují potenciální obývatelnost systémů červených trpaslíků. V minulosti vědci naznačili, že dlouhověkost červených trpaslíků, které mohou zůstat ve své hlavní posloupnosti až 10 bilionů let nebo déle, z nich činí nejlepšího kandidáta na hledání obyvatelných exoplanet. Zdá se však, že stabilita těchto hvězd a způsob, jakým pravděpodobně rozptýlí planety své atmosféry, ukazují jinak.
Studie, jako je tato, jsou proto velmi významné v tom, že pomáhají řešit, jak dlouho by potenciálně obyvatelná planeta kolem červené trpasličí hvězdy mohla zůstat potenciálně obyvatelná. Dong uvedl:
„Vzhledem k důležitosti atmosférických ztrát pro obývatelnost planet existuje velký zájem o použití dalekohledů, jako je nadcházející James Webb Space Telescope (JWST), aby se určilo, zda tyto planety mají atmosféru, a pokud ano, jaké je jejich složení . Očekává se, že JWST by měl být schopen charakterizovat tyto atmosféry (pokud jsou přítomny), ale přesné vyčíslení únikových rychlostí vyžaduje mnohem vyšší stupeň přesnosti a nemusí být proveditelné v blízké budoucnosti. “
Studie je také důležitá, pokud jde o naše chápání Sluneční soustavy a její vývoj. Vědci se odhodlali, že Země i Venuše mohou být vodní světy. Jak provedli přechod od velmi vodnatého k tomu, čím jsou dnes - v případě Venuše, suchý a pekelný; a v případě Země má více kontinentů - to je velmi důležitá otázka.
V budoucnu se očekávají podrobnější průzkumy, které by mohly pomoci objasnit tyto konkurenční teorie. Když je na jaře 2018 nasazen kosmický dalekohled James Webb (JWST), využije své silné infračervené schopnosti ke studiu planet kolem blízkých červených trpaslíků, přičemž Proxima b je jedním z nich. Co se dozvíme o tomto a dalších vzdálených exoplanetách, povede dlouhá cesta k informování našeho porozumění tomu, jak se vyvíjel i náš vlastní sluneční systém.
